(57)【要約】【課題】摺動部分を無くしてインダクタンスを容易に可変することができる高周波加熱装置を提供することを目的とする。【解決手段】電極１３０と高周波電源１４０の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路１６０を、無端空心のコイル１７０と、コイル１７０の長さを伸縮させてインダクタンスを可変させる伸縮手段１９０を有する構成とすることにより、コイル１７０の長さを伸縮させることで、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。【選択図】  図１
2005019193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と、高周波電源と、前記電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を有し、前記整合回路は無端空心のコイルと、前記コイルの長さを伸縮させてインダクタンスを可変させる伸縮手段を有する高周波加熱装置。
【請求項２】
電極と、高周波電源と、前記電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を有し、前記整合回路はＵ字形で空心のコイルと、前記コイルの長さを伸縮させてインダクタンスを可変させる伸縮手段を有する高周波加熱装置。
【請求項３】
電極と、高周波電源と、前記電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を有し、前記整合回路はＵ字形のコイルおよび磁性体コアを有し、前記コイルと前記磁性体コアが相対的に移動することにより前記コイルのインダクタンスを可変する高周波加熱装置。
【請求項４】
磁性体コアは、Ｕ字形とした請求項３に記載の高周波加熱装置。
【請求項５】
コイルの外側に非磁性材料からなるシールドケースを設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波加熱装置。
【請求項６】
シールドケースは複数の通風穴を有する請求項５に記載の高周波加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍食品の解凍や木材の乾燥などのため、業務用や一般家庭用として使用される高周波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高周波加熱装置としては、図８、図９に示されるようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、図８に示すように、電源回路１、高周波発振回路２、自動同調回路３を有する高周波発生装置４の出力に可変インダクタンス回路部５と電極板６、７を接続し、操作部８から制御部９に指令が与えられると、電極板６、７間に高電圧が供給され、電極板６、７間に置かれた負荷が加熱されるものである。
【０００４】
そして、可変インダクタンス回路部５の具体的な構成例は、図９（ア）（イ）に示されるように、アルミ製の導電板１１の内側にＵ字形に変形された形の中継片１２を設け、モータ１３によってネジ棒１４が回転すると、中継片１２が導電板１１を摺動しながら昇降し、電流経路の長さが変化することにより、Ｐ１とＰ２の端子間のインダクタンスを可変としたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２５７８５０号公報（第１０頁、第４図、第５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の構成の高周波加熱装置では、中継片１２と導電板１１との摺動部分が存在することから、接触抵抗が存在し、接触する面の経年変化などによって性能が劣化する可能性がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、摺動部分を無くしてインダクタンスを容易に可変することができる高周波加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の高周波加熱装置は、電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を、無端空心のコイルと、コイルの長さを伸縮させてインダクタンスを可変させる伸縮手段を有する構成としたものである。
【０００９】
これにより、コイルの長さを伸縮させることで、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、電極と、高周波電源と、前記電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を有し、前記整合回路は無端空心のコイルと、前記コイルの長さを伸縮させてインダクタンスを可変させる伸縮手段を有する高周波加熱装置とすることにより、コイルの長さを伸縮させることで、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、電極と、高周波電源と、前記電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を有し、前記整合回路はＵ字形で空心のコイルと、前記コイルの長さを伸縮させてインダクタンスを可変させる伸縮手段を有する高周波加熱装置とすることにより、コイル両端間に十分な耐電圧を確保しながら、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、電極と、高周波電源と、前記電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を有し、前記整合回路はＵ字形のコイルおよび磁性体コアを有し、前記コイルと前記磁性体コアが相対的に移動することにより前記コイルのインダクタンスを可変する高周波加熱装置とすることにより、比較的小形でありながら、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、磁性体コアは、Ｕ字形とした請求項３に記載の高周波加熱装置とすることにより、コイル両端間に十分な耐電圧を確保し、また比較的小形でありながら、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、コイルの外側に非磁性材料からなるシールドケースを設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波加熱装置とすることにより、シールドケースでの電力損失を抑えながら、コイルから周囲に発せられる電磁波の輻射を抑え、他の機器への悪影響をなくしつつ、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、シールドケースは複数の通風穴を有する請求項５に記載の高周波加熱装置とすることにより、コイルの損失による温度上昇を抑えて安定に動作されながら、コイルから周囲に発せられる電磁波の輻射を抑え、他の機器への悪影響をなくしつつ、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における高周波加熱装置であって、冷凍食品を解凍する場合を一例として示している。
【００１８】
図に示すように、冷凍食品などの被解凍物１００を挟み込むように、上下に配置された金属材料から成る２枚の電極板１１０、１２０により構成した電極１３０が設けられている。また、高周波電源１４０は、１３．５６メガヘルツの高周波の電力を供給するものであり、この高周波電源１４０と電極１３０との間には、検知回路１５０と、インピーダンス変換を行う整合回路１６０が接続されている。
【００１９】
整合回路１６０は、電極１３０に直列接続した無端空心のコイル１７０を設け、さらに電極１３０とコイル１７０との直列回路にコンデンサ１８０が並列接続で設けられている。また、検知回路１５０側には、コイル１７０の端子ａが接続され、電極１３０側には、コイル１７０の端子ｂが接続されているものとなっている。
【００２０】
本実施例では、無端空心のコイル１７０は、中央のｃ点が伸縮手段１９０によって左右に動かされて長さが伸縮され、インダクタンスを可変させる構成となっている。また、コンデンサ２００、２１０がそれぞれ開閉手段２２０、２３０と直列に接続された上で、コンデンサ１８０と並列に接続されており、開閉手段２２０、２３０のオンオフによって、コンデンサ２００、２１０の静電容量は、それぞれコンデンサ１８０に加算されて作用する構成となっている。
【００２１】
制御回路２４０は、高周波電源１４０から電極１３０への電力供給を能率良く行うことができるように、常に、伸縮手段１９０によるコイル１７０のインダクタンスの可変制御をし、また開閉手段２２０、２３０のオンオフ制御を行うものであって、本実施例では検知回路１５０から入射電力検知信号Ｐｆと、反射電力検知信号Ｐｒを入力することにより、入射電力に対する反射電力の比率が小さくなるように、制御を行うものとなっている。
【００２２】
次に、本実施例の検知回路１５０の詳細を図２に示している。
【００２３】
図に示すように、検知回路１５０は、トロイダル型のコアを用いた電流トランス２８０と、入射電力検知回路２９０、反射電力検知回路３００を有したＣＭ型と呼ばれる回路構成を用いたものとなっており、入射電力検知回路２９０と反射電力検知回路３００は全く同等の回路構成となっている。
【００２４】
すなわち、電流トランス２８０の二次側にはそれぞれ抵抗３１０、３２０が接続され、さらにショットキー型のダイオード３３０、３４０が接続されている。
電圧検知を行うため、コンデンサ３５０、３６０、また３７０、３８０の分圧回路が構成され、直流電圧分を検出するため、抵抗３９０、４００、コンデンサ４１０、４２０、負荷として作用する抵抗４３０、４４０が設けられているものとなっている。
【００２５】
以上の構成により、検知回路１５０は５０オームの純抵抗に対して、入射電力と反射電力に対応した電圧値、すなわち、ほぼ入射電力の平方根に相当する電圧をＰｆとして出力し、反射電力の平方根に相当する電圧をＰｒとして出力するものとなる。
【００２６】
図３は、コイル１７０と伸縮手段１９０の関連機構を示したものである。
【００２７】
図３（ア）はコイル１７０の長さが引き伸ばされることにより、インダクタンスを小としている場合のもので、図３（イ）はコイル１７０の長さが縮められることによりインダクタンスを大としている場合のものである。
【００２８】
本実施例においては、コイル１７０は、直径２ｍｍの円形の断面形状を持つ線状導体５００を巻いて構成している。しかし、平角銅線、あるいは平打銅線などと呼ばれるような、断面形状が長方形のものを使用してもよく、その場合にはコストは多少かかるが、銅量に対する表面積が大となり、巻線間の近接効果も少ないことから、高周波電流が流れて動作している時の損失が小さく、発熱が抑えられるものとなる。
【００２９】
コイル１７０はフェライトなどの磁性体の芯（コア）を有しない空心であり、かつ巻き始めと巻き終わりの位置が接近していることから、両端での磁束の漏れは小さく、ほぼ閉磁路となる。
【００３０】
これによって、コイル１７０の外への高周波の磁束の影響を小さく抑えることができるものとなり、他の機器に対して誤動作や加熱などを与えることもなく、また高周波加熱装置内の他の構成要素、あるいは筐体などに対しても高周波磁束による誤動作や、渦電流損・ヒステリシス損による加熱などの影響を及ぼすことが防げるものとなり、周囲の構成要素に余分な加熱作用を及ぼさない分、コイル１７０の損失も小さく、高いＱ値が確保できるものとなる。よって、安定で信頼性が高く、高効率の装置を実現することができるものとなる。
【００３１】
コイル１７０の端子ａと端子ｂは、いずれも固定されているが、両端子のちょうど中間点付近には、ラックギア５２０、ラックギア５２０とかみ合うピニオン５３０、ピニオン５３０を駆動するステッピングモータ５４０によって構成された伸縮手段１９０の前記ラックギア５２０端部が、連結部材５５０を介して取り付けられている。このため、制御回路２４０からの信号によってステッピングモータ５４０が回転運動をすると、ピニオン５３０が回転して、ラックギア５２０は直線運動し、連結部材５５０を介してコイル１７０の長さをＬ１に相当する分だけ変化するように伸縮運動がなされるものとなっている。
【００３２】
従って、コイル１７０のインダクタンスは、コイル１７０の長さを伸縮させることで、摺動部分なしで容易に可変することができるものであり、信頼性の高い装置が実現されるものとなる。
【００３３】
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２における高周波加熱装置のコイル周辺の構成を示している。
【００３４】
図４（ア）はインダクタンスが最小の状態、図４（イ）はインダクタンスが最大の状態を示している。
【００３５】
本実施例のコイル６００は、図に示すように、Ｕ字形空心とし、端子ａと端子ｂは固定されているが、図の右側の部分、すなわち、Ｕ字部分には、これを左右に動かす伸縮手段６１０が設けられており、Ｌ２に当たる長さ分だけコイル６００の長さを伸縮させてインダクタンスを可変させるものとなっている。
【００３６】
本実施例において、伸縮手段６１０は、コイル６００の右端のＵ字部分を通し保持するＵ字形のパイプ６２０、パイプ６２０と連結したラックギア６３０、ラックギア６３０を駆動するピニオン６４０、およびステッピングモータ６５０によって構成したものを用いている。なお、パイプ６２０は、中身のコイル６００が見えるよう、カットした状態で図示している。
【００３７】
本実施例のその他の部分の構成については、実施例１と同等の構成となっており、説明を省略する。
【００３８】
本実施例では、コイル６００をＵ字形としていることから、両端（巻き始め端と巻き終わり端）の距離は比較的近く、実施例１の場合よりは若干漏れ磁束が発生するが、それによるインダクタンス値の低下や損失の増大などの程度は、発明者らによる測定の結果１％程度であり、ほとんど問題にならない程度となる。
【００３９】
一方、絶縁については、コイル６００の両端間に高い電圧が発生する条件においては、実施例１よりも端子ａと端子ｂの間の距離が大きくとれることから、有利に作用し、例えば、電極１３０の間隔が大きい場合など、高電圧が必要となるような条件においても放電などが発生しにくい構成となる。
【００４０】
また、製造上においても、例えば、まっすぐな芯に巻いてコイルを製造した後、真ん中の部分でＵ字形に曲げるだけでコイル６００が形成できるので、簡単に製造が行えるという効果もある。
【００４１】
（実施例３）
図５は、本発明の実施例３における高周波加熱装置のコイル周辺の構成を示している。
【００４２】
図５（ア）はインダクタンスが最小の状態、図５（イ）はインダクタンスが最大の状態を示している。
【００４３】
本実施例のコイル６６０は、Ｕ字形空心で固定されているが、図の左側部分、すなわち、コイル端部の片方に磁性体コア６７０を有し、この磁性体コア６７０がコイル６６０内に設けた直線状のパイプ６８０内を距離Ｌ３の範囲で、左右に可動する構成となっており、磁性体コア６７０はコイル６６０内で相対的に移動するものとなっている。これにより、コイル６６０のインダクタンスを可変とする構成となっている。
【００４４】
なお、図５においては、磁性体コア６７０の位置が理解しやすいようにするため、パイプ６８０とコイル６６０については、軸方向の下半分をカットした状態で図示しているものとなっている。
【００４５】
本実施例では、ニッケル亜鉛系のフェライトコアを用いた磁性体コア６７０には、ラックギア６９０が連結され、ラックギア６９０にかみ合うピニオン７００はステッピングモータ７１０で回転駆動されるものである。ここで、ステッピングモータ７１０が時計方向、および反時計方向に回転されることにより、磁性体コア６７０が左右に動くものとなっている。
【００４６】
図５（ア）のように、磁性体コア６７０がパイプ６８０より引き出されインダクタンス値が小の状態から、図５（ア）のように、右に駆動されると、磁性体コア６７０がパイプ６８０内に入り込み、コイル６６０と磁性体コア６７０の磁気結合が大となってインダクタンス値は大となる。よって、インダクタンスを容易に可変とすることができる。なお、その他の部分の構成については、実施例１と同等の構成となっているので、説明は省略する。
【００４７】
発明者らの測定においては、本実施例の構成でインダクタンスの可変幅は、１：１．５以上は確保できるものとなり、種々の冷凍食品などに対応できる性能を実現させることができるものとなっている。
【００４８】
特に、本実施例においては、比較的電位が低いコイル６６０の端子ａ側の磁性体コア６７０を出し入れする構成としていることから、放電などが起こりにくく安定に動作するものとなっているが、高電位側である端子ｂ側に磁性体コア６７０を出し入れする構成を設けてもよく、また、端子ａと端子ｂの両方に磁性体コア６７０が出し入れする構成としても良い。
【００４９】
（実施例４）
図６は、本発明の実施例４における高周波加熱装置のコイル周辺の構成を示している。
【００５０】
図６（ア）はインダクタンスが最小の状態、図６（イ）はインダクタンスが最大の状態を示している。
【００５１】
本実施例のコイル７２０は、Ｕ字形空心で固定されているが、図の左側部分、すなわち、コイルの両開口部にＵ字形の磁性体コア７３０を有し、左右にＬ４の距離だけ可動する構成となっており、磁性体コア７３０はコイル７２０内で相対的に移動するものとなっている。これにより、コイル７２０のインダクタンスを可変とする構成となる。
【００５２】
本実施例においては、ニッケル亜鉛系のフェライトコアを用いたＵ字形の磁性体コア７２０には、ラックギア７５０が連結され、このラックギア７５０にかみ合うピニオン７６０がステッピングモータ７７０により回転駆動されるものである。ここで、ステッピングモータ７７０が時計方向、および反時計方向に回転されることにより、磁性体コア７３０が左右に動くものとなっている。
【００５３】
図６（ア）のように、磁性体コア７３０がコイル７２０より引き出されインダクタンス値が小の状態から、図６（イ）のように、右に駆動されると、磁性体コア７３０がコイル７２０内に入り込み、コイル７２０と磁性体コア７３０の磁気結合が大となってインダクタンス値は大となる。よって、インダクタンスを容易に可変とすることができる。
【００５４】
特に、本実施例においては、コイル７２０がＵ字形となっている上に、磁性体コア７３０もＵ字形であることから、ほとんど閉磁路となって漏れ磁束は小さく、周囲の構成に対して高周波の悪影響を及ぼすことは極力防ぐことができるものとなる。
【００５５】
また、絶縁については、コイル７２０がＵ字形であることから、実施例２、３と同様、高電圧が必要となるような条件においても放電などが発生しにくい構成となる。また、製造上においても、例えば、まっすぐな芯に巻いてコイルを製造した後、真ん中の部分でＵ字形に曲げるだけでコイル７２０が形成できるので、簡単に製造が行えるという効果もある。そして、インダクタンスの可変の範囲としては、より大きなものが確保でき、より多種の負荷に対応した高周波加熱装置を実現することができるものとなる。
【００５６】
（実施例５）
図７は、本発明の実施例５における高周波加熱装置のコイル周辺の構成を示している。
【００５７】
図７（ア）はコイル周辺の外観を示し、図７（イ）はその中身の状態を示している。
【００５８】
本実施例では、コイル１７０および伸縮手段１９０の構成は実施例１と同じであるが、コイル１７０の外側を覆って非磁性材料からなるシールドケース８００を設けている。
【００５９】
このシールドケース８００は、非磁性材料であるアルミニウムの板金でできたものを使用しており、かつ前面の蓋８１０および背面８２０には、いずれも直径５ｍｍの通風穴８３０を５０個づつ設けたものとし、蓋８１０の通風穴８３０から冷却風がシールドケース８００内に入り、背面８２０に設けた通風穴８３０から出るようになっている。
【００６０】
本実施例で使用している高周波の周波数は、１３．５６ＭＨｚであり、通風穴８３０の大きさは、この周波数における波長に対して十分に小さいものであり、よって、この通風穴８３０からの高周波磁束の漏れはほとんどなく、コイル１７０が無端であることと、非磁性材料であるため損失も極めて小さいものとなっている。
【００６１】
なお、本実施例においては、コイル１７０は無端空心のものを使用しているが、実施例２〜４のようにＵ字形のものであってもよく、この場合、無端空心の場合に比べるとごくわずかシールドケース８００での損失は発生するが、問題とならない程度である。また、シールドケース８００を設けたことによるコイルのインダクタンスの低下も、無端あるいはＵ字形というコイルの形状においては、１〜２％という僅かな値で済むものとなる。
【００６２】
また、実施例３、４のように、磁性体コアをコイルに対して相対的に移動する構成とすることにより、インダクタンスを変化させる構成のものに対してシールドケース８００を設けるものであってもかまわない。
【００６３】
さらに、通風穴８３０の数についても、本実施例では合計１００個設けているが、少なくとも２個の通風穴があれば、その一方から冷却風を取り入れ、他方から排気させることができるので、コイルの冷却効果が得られるものとなる。
【００６４】
以上のように、非磁性材料でシールドケース８００に通風穴８３０が設けられていることから、コイル１７０の冷却が良好となり、コイルの温度を低く抑えることによって抵抗値の上昇を抑えて高効率を確保することもでき、シールドケース８００内の構成要素についても耐熱温度が低いものでも使用することができるものとなり、低価格、高効率の装置が実現できるものとなる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高周波加熱装置は、電極と高周波電源の間に接続してインピーダンス変換を行う整合回路を、無端空心のコイルと、コイルの長さを伸縮させてインダクタンスを可変させる伸縮手段を有する構成としたものであり、コイルの長さを伸縮させることで、摺動部分なしでインダクタンスを容易に可変することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における高周波加熱装置の回路図
【図２】同高周波加熱装置の検知回路の詳細を示す回路図
【図３】同高周波加熱装置のコイルと伸縮手段の関係を示す構成図
【図４】本発明の実施例２における高周波加熱装置のコイル周辺の構成図
【図５】本発明の実施例３における高周波加熱装置のコイル周辺の構成図
【図６】本発明の実施例４における高周波加熱装置のコイル周辺の構成図
【図７】本発明の実施例５における高周波加熱装置のシールドケースの構成図
【図８】従来における高周波加熱装置の回路図
【図９】同高周波加熱装置の可変インダクタンス回路部の具体的な構成図
【符号の説明】
１３０  電極
１４０  高周波電源
１６０  整合回路
１７０  無端空心のコイル
１９０、６１０  伸縮手段
６００、６６０、７２０  Ｕ字形空心のコイル
６７０、７３０  磁性体コア
８００  シールドケース
８３０  通風穴
【図１】
2005019193.tif 000003
【図２】
2005019193.tif 000004
【図３】
2005019193.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005019193.tif 000007
【図６】
2005019193.tif 000008
【図７】
2005019193.tif 000009
【図８】
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【図９】
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